Estaciones hidrometeorológicas
Introducción
En este cuadernillo (Notebook) aprenderemos:
Introduccion a la red de monitoreo del IDEAM
Cátalogo de estaciones de IDEAM
Consulta de datos usando la plataforma datosabiertos.gov.co
Consulta de datos de temperatura y precipitación
Otros datos disponibles
Prerequisitos
Conceptos |
Importancia |
Notas |
|---|---|---|
Necesario |
lectura de datos tabulares |
|
Necesario |
Entender estampas de tiempo |
|
Necesario |
Entender estampas de tiempo |
|
Útil |
Mapas interactivos |
Tiempo de aprendizaje: 30 minutos
1. Catalogo nacional de estaciones de IDEAM
Según el catálogo de estaciones hidrometeorológicas de IDEAM, el pais cuenta con alrededor de 4.400 estaciones de diferentes categorias. En el siguiente cuadro se resume el estado de las estaciones por categoría de acuerdo a la PQR No. 20229050190832 (Enero de 2023)
Categoria |
Activa |
Mantenimiento |
Suspendidas |
|---|---|---|---|
Limnigráfica |
287 |
109 |
106 |
Climátologica principal |
215 |
60 |
92 |
Mareográfica |
4 |
2 |
2 |
Pluviográfica |
104 |
0 |
87 |
Limnimétrica |
323 |
11 |
557 |
Climática Ordinaria |
211 |
31 |
253 |
Agrometeorológica |
51 |
4 |
57 |
Radio Sonda |
6 |
2 |
2 |
Pluviométrica |
1109 |
9 |
603 |
Meteorológica Especial |
40 |
4 |
68 |
Sinóptica Principal |
27 |
3 |
4 |
Sinóptica Secundaria |
2 |
0 |
5 |
Total |
2381 |
235 |
1866 |
Librerias
A continuación vamos a importar las librerias que utilizaremos en este cuadernillo
import pandas as pd
import cartopy.crs as ccrs
import cartopy.feature as feature
import matplotlib.pyplot as plt
2. Acceso al catalogo en bart.ideam.gov.co
El catalogo nacional de estaciones de IDEAM actualizado se encuentra disponible en el servidor Bart. Podemos leer el catálogo usando pandas.read_excel como se muestra a continuación:
df_cat = pd.read_excel('http://bart.ideam.gov.co/cneideam/CNE_IDEAM.xls')
#df_cat.head()
df_cat.info()
<class 'pandas.core.frame.DataFrame'>
RangeIndex: 4497 entries, 0 to 4496
Data columns (total 21 columns):
# Column Non-Null Count Dtype
--- ------ -------------- -----
0 OBJECTID 4497 non-null int64
1 CODIGO 4497 non-null int64
2 nombre 4497 non-null object
3 CATEGORIA 4497 non-null object
4 TECNOLOGIA 4497 non-null object
5 ESTADO 4497 non-null object
6 FECHA_INSTALACION 4496 non-null datetime64[ns]
7 altitud 4497 non-null int64
8 latitud 4497 non-null float64
9 longitud 4497 non-null float64
10 DEPARTAMENTO 4497 non-null object
11 MUNICIPIO 4497 non-null object
12 AREA_OPERATIVA 4497 non-null object
13 AREA_HIDROGRAFICA 4497 non-null object
14 ZONA_HIDROGRAFICA 4497 non-null object
15 observacion 1335 non-null object
16 CORRIENTE 4497 non-null object
17 FECHA_SUSPENSION 1844 non-null datetime64[ns]
18 SUBZONA_HIDROGRAFICA 4497 non-null object
19 ENTIDAD 4497 non-null object
20 subred 1143 non-null object
dtypes: datetime64[ns](2), float64(2), int64(3), object(14)
memory usage: 737.9+ KB
2.1 Mapa de estaciones
Podemos usar cartopy para hacer un mapa y visualizar las estaciones de monitoreo en el pais
fig, ax = plt.subplots(subplot_kw={"projection": ccrs.PlateCarree()}, dpi=150)
ax.coastlines()
gl = ax.gridlines(draw_labels=True, crs=ccrs.PlateCarree())
ax.scatter(df_cat['longitud'], df_cat['latitud'], transform=ccrs.PlateCarree(), s=.5)
ax.add_feature(feature.LAND)
ax.add_feature(feature.OCEAN)
ax.add_feature(feature.COASTLINE, linewidth=.5)
ax.add_feature(feature.BORDERS, linewidth=.5)
<cartopy.mpl.feature_artist.FeatureArtist at 0x7fd86562de50>
/usr/share/miniconda3/envs/atmoscol2023/lib/python3.11/site-packages/cartopy/io/__init__.py:241: DownloadWarning: Downloading: https://naturalearth.s3.amazonaws.com/50m_physical/ne_50m_land.zip
warnings.warn(f'Downloading: {url}', DownloadWarning)
/usr/share/miniconda3/envs/atmoscol2023/lib/python3.11/site-packages/cartopy/io/__init__.py:241: DownloadWarning: Downloading: https://naturalearth.s3.amazonaws.com/50m_physical/ne_50m_ocean.zip
warnings.warn(f'Downloading: {url}', DownloadWarning)
/usr/share/miniconda3/envs/atmoscol2023/lib/python3.11/site-packages/cartopy/io/__init__.py:241: DownloadWarning: Downloading: https://naturalearth.s3.amazonaws.com/50m_physical/ne_50m_coastline.zip
warnings.warn(f'Downloading: {url}', DownloadWarning)
/usr/share/miniconda3/envs/atmoscol2023/lib/python3.11/site-packages/cartopy/io/__init__.py:241: DownloadWarning: Downloading: https://naturalearth.s3.amazonaws.com/50m_cultural/ne_50m_admin_0_boundary_lines_land.zip
warnings.warn(f'Downloading: {url}', DownloadWarning)
podemos agrupar la data por área operativa, tipo de estacion, tecnologia, y otras variables
# df_grp = df_cat.groupby('AREA_OPERATIVA')
# df_grp = df_cat.groupby('TECNOLOGIA')
df_grp = df_cat.groupby('ESTADO')
fig, ax = plt.subplots(subplot_kw={"projection":ccrs.PlateCarree()}, dpi=150)
for _, group in df_grp:
ax.scatter(group['longitud'], group['latitud'], transform=ccrs.PlateCarree(), s=.5, label=_)
ax.coastlines()
gl = ax.gridlines(draw_labels=True, crs=ccrs.PlateCarree())
ax.add_feature(feature.LAND)
ax.add_feature(feature.OCEAN)
ax.add_feature(feature.COASTLINE, linewidth=.5)
ax.add_feature(feature.BORDERS, linewidth=.5)
ax.legend(fontsize=5)
<matplotlib.legend.Legend at 0x7fd86569d150>
Podemos validar el numero total de estaciones activas, en matenimiento y suspendidas de acuerdo con la información contenida en el catálogo
for grp in df_grp.groups.keys():
print(f"{grp}: {len(df_grp.get_group(grp))}")
Activa: 2202
En Mantenimiento: 429
Suspendida: 1866
2.2 Mapa de estaciones interactivo
También podemos hacer mapas interactivos usando folium
import folium
from folium import plugins
from folium.plugins import MarkerCluster
min_lon, max_lon, min_lat, max_lat = -90, -72, -1, 14
map_ = folium.Map(location=[8, -76],
zoom_start = 6,
min_lat=min_lat,
max_lat=max_lat,
min_lon=min_lon,
max_lon=max_lon,
zoom_control=False,
control_scale=True,
scrollWheelZoom=True,
width=1000,height=600)
marker_cluster = MarkerCluster(name="Estaciones").add_to(map_)
folium.TileLayer('cartodbpositron').add_to(map_)
folium.TileLayer('openstreetmap').add_to(map_)
folium.TileLayer('stamenterrain').add_to(map_)
folium.TileLayer('cartodbdark_matter').add_to(map_)
folium.LayerControl().add_to(map_)
minimap = plugins.MiniMap()
_ = map_.add_child(minimap)
# _
Ahora agregamos las estaciones usando la siguiente función
def plot_station(row):
'''input: series that contains a numeric named latitude and a numeric named longitude
this function creates a CircleMarker and adds it to your this_map'''
html = row.to_frame("_").to_html(classes="table table-striped table-hover table-condensed table-responsive")
popup = folium.Popup(html, max_width=2650)
folium.Marker(location=[row.latitud, row.longitud], popup=popup).add_to(marker_cluster)
df_cat.apply(plot_station, axis=1)
map_
3. Acceso a la información historica de IDEAM usando datosabiertos.gov.co
la información historica de multiples sensores se puede consultar atraves de la plataforma de datos abiertos usando el aplicativo sodapy. Socrata utiliza un módulo denominado Socrata que permite realizar consultas al repositorio. Cada variable hidrometeorógica dispuesta se puede consultar usando el su respectivo código del set de datos.
Variable |
Código del set de datos |
|---|---|
kiw7-v9ta |
|
bdmn-sqnh |
|
afdg-3zpb |
|
ccvq-rp9s |
|
sgfv-3yp8 |
|
vfth-yucv |
|
pt9a-aamx |
|
uext-mhny |
|
sbwg-7ju4 |
|
7z6g-yx9q |
|
uxy3-jchf |
|
ia8x-22em |
|
62tk-nxj5 |
|
s54a-sgyg |
# importamos la libreria Socrata
from sodapy import Socrata
3.1 Precipitación (s54a-sgyg)
Vamos a consultar los datos de precipitación reportada en la página. por ende vamos a usar el código s54a-sgyg. Para esto usamos el metodo Socrata, pasamos la direccion del repositorio y None que corresponde a la no autenticación
# conexión cliente usando socrata al repositorio de datos abiertos
client = Socrata("www.datos.gov.co", None)
WARNING:root:Requests made without an app_token will be subject to strict throttling limits.
Una vez creado el cliente empezamos a hacer la consulta de datos usando client.get y pasando los respectivos parámetros dataset_identifier, de la tabla anterior , y limit para generar consultas no muy grandes para efectos demostrativos. El resultado es una lista con multiples diccionarios como se puede ver a continuación.
# Solicitud de informacion al repositorio de interés
results = client.get(dataset_identifier="s54a-sgyg", limit=2000)
results[:1]
[{'codigoestacion': '0015035020',
'codigosensor': '0240',
'fechaobservacion': '2022-07-28T23:40:00.000',
'valorobservado': '0',
'nombreestacion': 'TERMOGUAJIRA - AUT',
'departamento': 'LA GUAJIRA',
'municipio': 'DIBULLA',
'zonahidrografica': 'CARIBE - GUAJIRA',
'latitud': '11.2525',
'longitud': '-73.41138889',
'descripcionsensor': 'Precipitacion',
'unidadmedida': 'mm'}]
Estos resultados los podemos convertir en un Dataframe usando pandas.Dataframe.from_records
results_df = pd.DataFrame.from_records(results)
results_df.head()
| codigoestacion | codigosensor | fechaobservacion | valorobservado | nombreestacion | departamento | municipio | zonahidrografica | latitud | longitud | descripcionsensor | unidadmedida | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 0015035020 | 0240 | 2022-07-28T23:40:00.000 | 0 | TERMOGUAJIRA - AUT | LA GUAJIRA | DIBULLA | CARIBE - GUAJIRA | 11.2525 | -73.41138889 | Precipitacion | mm |
| 1 | 0023190130 | 0240 | 2022-07-28T17:40:00.000 | 0 | TONA - AUT | SANTANDER | TONA | MEDIO MAGDALENA | 7.196111111 | -72.97055556 | Precipitacion | mm |
| 2 | 0026095320 | 0240 | 2022-07-28T22:40:00.000 | 0 | EL VINCULO - AUT | VALLE DEL CAUCA | BUGA | CAUCA | 3.834805556 | -76.30000556 | Precipitacion | mm |
| 3 | 0021237010 | 0240 | 2022-07-28T08:20:00.000 | 0 | NARINO - AUT | CUNDINAMARCA | NARIÑO | ALTO MAGDALENA | 4.387777778 | -74.838375 | Precipitacion | mm |
| 4 | 0015015060 | 0240 | 2022-07-28T03:50:00.000 | 0 | SAN LORENZO - AUT | MAGDALENA | SANTA MARTA | CARIBE - GUAJIRA | 11.11108333 | -74.05469444 | Precipitacion | mm |
Ahora podemos usar filtrar los datos por diferentes campos como el codigoestacion, fechaobservacion, o valorobservado. Podemos pasar parametros SQL como where, AND, IN, entre otros, en el método client.get
# client.get?
# Solicitud de informacion para la estación de la Universidad Nacional - Bogotá - 0021205012
ppt_query = client.get(dataset_identifier="s54a-sgyg",
select="fechaobservacion, valorobservado, codigoestacion",
where="codigoestacion IN ('0021205012') \
AND fechaobservacion > '2017'")
df_est = pd.DataFrame.from_records(ppt_query)
df_est.head()
| fechaobservacion | valorobservado | codigoestacion | |
|---|---|---|---|
| 0 | 2017-06-15T01:00:00.000 | 0 | 0021205012 |
| 1 | 2018-07-04T13:20:00.000 | 0 | 0021205012 |
| 2 | 2019-08-16T05:50:00.000 | 0 | 0021205012 |
| 3 | 2017-01-13T11:30:00.000 | 0 | 0021205012 |
| 4 | 2017-08-31T14:40:00.000 | 0 | 0021205012 |
Gráfico de la serie temporal
Podemos generar una serie temporal usando la información resultado de la consulta. Sin embargo, primero debemos revisar el tipo de dato de cada columna
df_est.info()
<class 'pandas.core.frame.DataFrame'>
RangeIndex: 1000 entries, 0 to 999
Data columns (total 3 columns):
# Column Non-Null Count Dtype
--- ------ -------------- -----
0 fechaobservacion 1000 non-null object
1 valorobservado 1000 non-null object
2 codigoestacion 1000 non-null object
dtypes: object(3)
memory usage: 23.6+ KB
df_est['fechaobservacion'] = pd.to_datetime(df_est['fechaobservacion'])
df_est.set_index('fechaobservacion', inplace=True)
df_est.valorobservado = df_est['valorobservado'].astype(float)
df_est = df_est.sort_index()
df_est.tail()
| valorobservado | codigoestacion | |
|---|---|---|
| fechaobservacion | ||
| 2019-08-24 08:50:00 | 0.0 | 0021205012 |
| 2019-08-26 11:30:00 | 0.0 | 0021205012 |
| 2019-08-26 14:00:00 | 0.0 | 0021205012 |
| 2019-08-27 16:00:00 | 0.0 | 0021205012 |
| 2019-08-27 19:20:00 | 0.0 | 0021205012 |
# pd.options.plotting.backend = 'holoviews'
fig, ax = plt.subplots(figsize=(12, 3))
df_est['valorobservado'].plot(ax=ax, drawstyle="steps")
<Axes: xlabel='fechaobservacion'>
Podemos solicitar informacion para estaciones que reportan datos en el último més
# Solicitud de informacion para la estación de la Universidad Nacional - Bogotá - 0021205012
ppt_query = client.get(dataset_identifier="s54a-sgyg",
select="fechaobservacion, valorobservado, codigoestacion, nombreestacion",
where="fechaobservacion > '2023-09-11'")
df_ult = pd.DataFrame.from_records(ppt_query)
df_ult.head()
| fechaobservacion | valorobservado | codigoestacion | nombreestacion | |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 2023-09-11T00:01:00.000 | 0 | 3502500135 | GUAYABETAL POLLO OLIMPICO - AUT |
| 1 | 2023-09-11T00:03:00.000 | 0 | 3502500135 | GUAYABETAL POLLO OLIMPICO - AUT |
| 2 | 2023-09-11T00:04:00.000 | 0 | 3502500135 | GUAYABETAL POLLO OLIMPICO - AUT |
| 3 | 2023-09-11T00:05:00.000 | 0 | 0026177030 | LA VIRGINIA |
| 4 | 2023-09-11T00:05:00.000 | 0 | 3502500135 | GUAYABETAL POLLO OLIMPICO - AUT |
3.2 Temperatura (sbwg-7ju4)
De manera similar podemos consultar otros registros como los de temperatura. Cambiamos el identificador de set de datos y generamos una nueva consulta
# Solicitud de informacion para la estación de la Universidad Nacional - Bogotá - 0021205012
temp_query = client.get(dataset_identifier="sbwg-7ju4",
select="fechaobservacion, valorobservado, codigoestacion",
where="codigoestacion IN ('0021205012') \
AND fechaobservacion > '2017'")
df_temp = pd.DataFrame.from_records(temp_query)
df_temp.index = pd.to_datetime(df_temp['fechaobservacion'])
df_temp.valorobservado = df_temp['valorobservado'].astype(float)
df_temp = df_temp.sort_index()
df_temp.tail()
| fechaobservacion | valorobservado | codigoestacion | |
|---|---|---|---|
| fechaobservacion | |||
| 2020-01-22 08:00:00 | 2020-01-22T08:00:00.000 | 13.6 | 0021205012 |
| 2020-01-22 10:00:00 | 2020-01-22T10:00:00.000 | 18.1 | 0021205012 |
| 2020-01-22 12:00:00 | 2020-01-22T12:00:00.000 | 17.6 | 0021205012 |
| 2020-01-22 16:00:00 | 2020-01-22T16:00:00.000 | 17.7 | 0021205012 |
| 2020-01-22 21:00:00 | 2020-01-22T21:00:00.000 | 13.8 | 0021205012 |
fig, ax = plt.subplots(figsize=(12, 3))
df_temp['valorobservado'].plot(c='C00', lw=0.5, ax=ax)
<Axes: xlabel='fechaobservacion'>
Conclusiones
En este cuadernillo aprendimos una manera fácil y rápida para acceder a la información histórica de las estaciones hidrometeorológicas de IDEAM. De igual modo aprendimos a visualizar las estaciones usando mapas interactivos. También aprendimos a generar consultas a diferentes grupos de datos usando sintaxis SQL y el aplicativo socrata de la plataforma de datos abiertos del gobierno colombiano.